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最近有則不起眼的科技新聞,中國在微波無線輸電領域取得重大突破 —— 百米距離實現 1180 瓦直流電傳輸,傳輸效率 20.8%,波束收集效率 88%,發射能量幾乎全部被接收端捕獲。不少人刷到后只當是大號無線充電器,沒覺得有啥特別。
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但如果把這套系統的尺度拉到極致:把功率放大到吉瓦級,把發射端搬到 3.6 萬公里的地球同步軌道,這就不再是充電那么簡單。這就是太空發電站,把光伏板送進太空,全天候吸收太陽能,再用微波把電能傳回地球,本質是戴森球的雛形。難道中國真要把發電站送上太空?沒錯,我們正在推進 “逐日計劃”,目標明確。
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NASA 當年就盯著這個方向,1979 年推出 SPSS 基準計劃:在太空部署 10 公里長、5 公里寬的光伏板,用直徑 1 公里的天線把電能傳回地球,目標穩定輸出 5 吉瓦電力,相當于 5 個大型核反應堆。但這個計劃最終胎死腹中,不是理論不行,而是工程難度超綱。
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當年沒有可回收火箭,50 平方公里的光伏板重達上萬噸,發射成本要幾萬億美元,根本承擔不起。更麻煩的是旋轉關節:光伏板要始終對準太陽,天線要始終對準地球,幾公里長的大家伙需要幾十米直徑的關節同時調整角度,還要承受巨大應力、傳輸幾十萬伏高壓,但凡出點故障就徹底報廢。
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直到 2014 年,中國工程院院士、西安電子科技大學原校長段寶巖站出來解決了這個難題。不少人聽過中國天眼 FAST,它的球面鏡固定但饋源艙可以通過鋼索微調對準目標,段寶巖把這個思路搬到了太空。
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2022 年,西安電子科技大學建成 75 米高的微縮 Omega 系統,驗證了全鏈路無線傳能:聚光、光電轉換、微波發射、地面接收全流程跑通,雖然距離只有 55 米、功率只有幾百瓦,但這是人類首個全鏈路無線傳能的真實工程,證明這套方案完全可行。2026 年,這套系統實現了百米千瓦級傳輸,還完成了靜對動無線輸電,無人機在 30 米距離成功接收電力。
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但其實完全多慮:一個吉瓦級的太空電站,地面接收陣列直徑需要 2 到 3 公里,能量分攤后中心密度只有 250 瓦 / 平方米,遠低于家用微波爐的上萬瓦 / 平方米,別說人沒感覺,飛鳥飛過都不受影響。而且地面接收天線是網狀結構,透光率超過 90%,下面照樣種地放羊,完全不影響生態。
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發射組裝的難題也有了解決方案。SpaceX 的可回收火箭把發射成本壓到了一個新高度,中國的長征十號乙、長征十二號甲以及民營商業航天也在加速驗證可回收技術,十年內就能實現 “白菜價” 太空物流。至于超大結構件的在軌組裝,逐日計劃團隊已經規劃了兩類機器人:附著爬行機器人負責拼接面板,自由飛行機器人負責模塊轉運和巡檢,全程不需要宇航員出艙。
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按照公開的路線圖,2028 年中國將開展低軌太空到地面的無線傳能試驗,2030 年實現兆瓦級空間太陽能電站并網發電,2050 年建成吉瓦級商業化太空電站。也就是說,未來 20 年內,我們就能迎來無限能源時代。
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第一,能源變成技術資源,不再依賴地下開采,太陽壽命還有幾十億年,真正實現永續發電。第二,能源運輸不再依賴航線,霍爾木茲海峽這樣的咽喉再也卡不住我們的脖子,可以直接向全球任何地方送電。
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甚至未來的電動汽車、無人機都不需要裝大電池,只要在任務區域鋪開接收網,就能實現無線實時充電,無人機的打擊范圍可以覆蓋全球。
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